Генератор линейноизменяющегося напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 03348 119) И 1) 4/06, 4 1)4 Н ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЕЛЬСТ ВТОРСКОМУ С произвАЗССР с сов ьство СССР02,л. ЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ может быть испо вах тестировани Фиг. ОСУДЯРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Специальное конструкторсбюро "Теллур" с опытнымвом Института физики АН(57) Изобретениеэовано в устройст и измерения параметров полупроводниковых структур. Генератор линейно изменяющегося напряжения содержит регистр 4 кода наклона, элемент И 3,.счетчик 12 импульсов, реверсиьные счетчики 7, 8 импульсов, преобразователи 9 - 11 код-напряжение, логический блок 6, шину 15 "Знак", суммирующий усилитель 13, компаратор 14,нф триггеры ,2, таймер 5, шину 16 Такт, шину 17 "Запуск". Генератор линейно изменяющегося напряжения имеет повышенную точность формирования линейно изменяющегося напряжения за счет увеличения количества разрядов квантования и автоматической установки аЮ цены деления младших разрядов в соответствии с ценой деления старших разрядов, 2 э.п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к импульсной технике и может найти применениев устройствах тестирования и измере.ния параметров полупроводниковыхструктур.Цель изобретения - повышение точности формирования линейно нарастающего напряжения за счет увеличенияколичества разрядов квантования и автоматической установки цены делениямладших разрядов в соответствии с ценой деления старших разрядов.На фиг,1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг2 -5функциональная схема блока логики;на фиг.З - функциональная схема таймера,Устройство содержит первый и второй триггеры 1 и 2, элемент И 3, регистр 4 кода наклона, таймер 5, логический блок 6, первый и второй реверсивные счетчики 7 и 8 импульсов,первый, второй и третий преобразователи 9, 10 и 11 код-напряжение, счетчик 12 импульсов, суммирующий усилитель 13 и компаратор 14. Шина 15"Знак" подключена к входам направления счета реверсивных счетяиков 7 и8, а также к первому входу блока 6.Шина 16 "Такт" подключена к первомувходу элемента И 3, выход которогосоединен с тактовыми входами таймера5 и реверсивного счетчика 7. Шина 17"Запуск" подключена к первому входу35триггера 2, входу предустановки таймера 5 и второму входу блока 6, Выходы триггера 1 подключены соответственно к второму входу элемента И 3 ивходам управления счетчика 12 и компаратора 14. Выход триггера 2 связан свходом сброса счетчика 12, Выход регистра 4 связан с информационнымивходами реверсивного счетчика 7 и таймера 5, выход которого подключен ктактовому входу реверсивного счетчика 8 и третьему входу блока 6, четвертый вход которого соединен с первым входом триггера 1 и выходом компаратора 14, Вторые входы триггеров1 и 2 соединены с шиной 18 Стопн н 50Первый и второй выходы блока 6 логики подключены соответственно к входам сброса и параллельной записи реверсивного счетчика 7, выходы счетчиков 7, 8 и 12 подключены соответст 55венно к вхоцам преобразователей 911, причем выход преобразователя 11подключен к входу опорного напряжения преобразователя 9, выход которого связан с первым входом компаратора14 и одним из входов суммирующегоусилителя 13, другой вход которогоподключен к выходу преобразователякод-напряжение 1 О.Шина 19 установки начального кодаподключена к входам реверсивного счет.чика 8, а тактовый вход счетчика 12подключен к шине 20 высокой частотыГр. Второй вход компаратора 14 соединен с шиной 21 напряжения ступени.Выход суммирующего усилителя 13 соединен с выходной шиной 22,Блок 6 (фиг,2) состоит из инвертора 23, первого и второго элементовИЛИ 24 и 25, первого и второго элементов И 26 и 27, Первый вход элемента И 26 связан с входом инвертора 23и является. первым входом блока 6,.Выход элемента И 26 является первымвыходом блока 6. Один из входов элемента ИЛИ 25 является вторым входомблока 6, а его выход - вторым выходомблока 6. Вторые входы элементов ИЛИ25 и И 26 подключены соответственнок выходам элементов И 27 и ИЛИ 24,первые входы которых соединены и являются третьим входом блока 6, второйвход элемента ИЛИ 24 является четвертым входом блока 6, а выход инвертора 23 подключен к второму входуэлемента И 26,Таймер 5 (фиг.З) содержит счетчик28 импульсов в режиме обратного счета и элемент ИЛИ 29Тактовый входсчетчика 28 является тактовым входомтаймера 5, вход управления параллельной записью счетчика 28 подключен квыходу элемента ИЛИ 29, один из входов которого является входом предустановки таймера 5, а другой вход соединен с выходом переноса счетчика 28,являющегося одновременно выходом таймера 5. Информационные входы счетчика 28 являются информационными входами таймера 5.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии триггеры 1 и2 находятся в нулевом состоянии иэлемент И 3 закрыт, В регистр 4 вво"дится код требуемой скорости линейного напряжения в двоичном коде, а вреверсивный счетчик 8 по шине управления начального кода - начальныйкод, при этом на выходе устройствачерез преобразователь 10 устанавлива48 з 14033ется стартовое напряжение, с которого будет начато формирование линейного напряжения,Управляющим потенциалом на шине 155на первом входе блока 6 и входах направления счета реверсивных счетчиков 7 и 8 задается направление изменения выходного напряжения (нарастание или спад), пусть для определенности единичному потенциалу соответствует прямой счет и соответственнонарастание выходного напряжения.При поступлении импульса по шине17 запуска код наклона И вводится 15в таймер 5, цикл работы которого;предопределяет величину наклона линейного напряжения, Формируемого преобразователем 10 код-напряжение достаточно большимми Фиксированными сту,пенями (например 11 с = О мВ), наклонПстпри этом определяется как о = Г"г фКроме того, тем же импульсом запуска с второго выхода блока 6 код 25наклона вводится в реверсивный счетчик 7, одновременно с выхода триггера 2 подается потенциал, разблокирующий счетчик 12, который начинает заполняться высокой частотой Й постулающей на его счетный вход с шины 20.По мере нарастания кода в счетчике12 через преобразователь 11 начинаетнарастать опорное напряжение на входе опорного напряжения преобразователя 9 и поскольку на его входе присутствует код наклона со счетчика 7,соответственно начинает возрастатьвыходное напряжение на выходе, которое поступает на компаратор 14. В качестве напряжения сравнения в компараторе 14 используется постоянное напряжение на шине 21, равное по вели 1чине ступени П преобразователя 10.Как только напряжение на выходе преобразователя 9 достигает значения Псрабатывает компаратор 14 и импульсс его выхода поступает на четвертыйвход блока 6 и опрокидывает триггер1, потенциал с выхода которого запрещает дальнейшую работу счетчика12 и компаратора 14 и открывает элемент И 3. На этом первый этап работыустройства (этап подстройки) заканчивается, В результате достигаетсяследующее: при всех значениях коданаклона, поступление на вход счетчика 7 некоторого количества импульсовфиксированной тактовой частоты Х численно равного значению кода наклона, создаст приращение выходногонапряжения преобразователя 9, равноеодной ступени напряжения преобразователя 10.Далее начинается собственно формирование линейного напряжения, Импульсы тактовой частоты Й поступаютна входы таймера 5 и реверсивногосчетчика 7. По мере заполнения счетчика 7 напряжения на выходе преобразователя 9 линейно нарастает и соответственно возрастает напряжение навыходе суммирующего усилителя 13.Как только в таймер 5 поступит количество импульсов, равное значению кода наклона, импульсы с его выхода через третий вход блока 6 логики поступают с его первого выхода на входсброса счетчика 7 (ранее мы для конкретности предположили, что на шине15 "Знак" управляющий потенциал соответствует нарастанию напряжения) ина счетный вход счетчика 8Соответственно на выходе преобразователя 10напряжение на ступень возрастает,на выходе преобразователя 8 спадаетдо нуля, но на выходе суммирующегоусилителя 13 разрыва не происходит,так как на этапе подстройки автоматически было подобрано такое опорноенапряжение преобразователя 8, прикотором коду наклона соответствуетвыходное напряжение преобразователя9, в точности равное напряжений ступени П преобразователя 10, Далееописанный цикл повторяется многократно до поступления сигнала по шине"Стоп", При этом сбрасываются триггеры 1 и 2, закрывается элемент И 2,снимается блокировка компаратора 14и счетчика 12 и последний сбрасывается уровнем с выхода триггера 2, Устройство готово к следующему запуску.При формировании спадающего линейного напряжения управляющим потенциалом по шине 15 "Знак", счетчики 7 и8 устанавливаются в направлении обратного счета, а блок 6 логики - всостояние, при котором сигнал с выхода таймера 5 через третий вход блока логики поступает на его второйвыход и далее на вход параллельнойзаписи счетчика 7, обеспечивающий начало обратного счета от значения кода наклона,Блок 6 логики (Фиг.2) представля-.ет собой комбинационную логическуюопределяется преобразователем 10 коднапряжение и может достигать 10 В при использовании, например, стандартной микросхемы К 572 Па 1 (1 О-разрядный преобразователь код-напряжение), а степень ступенчатости (неличина элементарной ступени Б ) определяется узлом подстройки, равна 11 = П /Ии при соответствующем выборе таблицы кодов И всегда меньше заданного предела.Тем самым обеспечивается высокая точность формирования линейно изменяющегося напряжения в широком динамическом диапазоне. Формула и з о б р е т е н и я 1. Генератор линейно изменяющегося напряжения, содержащий регистр кода наклона, логический блок, элемент И, счетчик импульсов и первый реверсивный счетчик импульсов, выходы которого поразрядно подключены к входампервого преобразователя код-напряжение, а входы сброса и параллельнойзаписи соединены соответственно с первым и вторым выходами логического блока, первый вход которого соединен с шиной "Знак" о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности формирования линейно-нарастающего напряжения, в него введены второй и третий преобразователи код-напряжение,суммирующий усилитель, компаратор,первый и второй триггеры, таймер ивторой реверсивный счетчик, причемпервый вход элемента И подключен кшине тактовых импульсов, второй входсоединен с выходом первого триггера,а выход подключен к тактовым входамтаймера и первого ренерсивного счетчика, всод направления счета которо"го соединен с входом направления счета второго реверсивного счетчика ишиной "Знак", выход регистра кода наклона связан с информационными входами первого реверсивного счетчика итаймера, вход предустановки которогосоединен с вторым входом логическогоблока, первым входом второго триггераи шиной запуска устройства, а выходтаймера подключен к тактовому входувторого реверсивного счетчика и третьему входу логического блока, четвертый вход которого соединен с первьпвходом первого триггера и ныходомкомпаратора, первый вход которого 5 1403348 6схему и работает следующим образом,Управляющий потенциал по шине 15"Знак" поступает на первый вход блока 6 (пусть как и ранее единице соответствует нарастание напряжения),при этом открыты элемент И 26 и закрыт элемент И 27. Сигнал "Запуск",поступающий на второй вход блока 6,имеет приоритет и через элемент ИЛИ25 проходит на второй выход блока би далее обеспечивает занесение коданаклона в реверсивный счетчик 7 вначале цикла, Импульс с выхода таймера 5 поступает на третий вход блока 6 и в зависимости от состоянияшины 15 "Знак", проходит на первыйили на второй выходы блока 6, Сигналс выхода компараторн 14, поступающий на чертнертый вход блока 6, через элемент ИЛИ 24 и И 26 поступаетна первый выход блока 6, обеспечивает сброс счетчика 7 после окончанияэтапа подстройки.Таймер 5 (Ьиг.3) представляет собой счетчик 28, постоянно работающийв режиме обратного счета,При поступлении сигнала Запускна нхор предустановки таймера 5, кодс регистра 4 кода наклона через эле- З 0мент ИЛИ 29 записывается н счетчик28, При поступлении тактоных импульсов код в счетчике 28 изменяется ипри достижении нулевого состояния вырабатывается сигнал переноса, посту 35пающий на выход таймера 5 и одновременно перезаписывающий через элементИЛИ 29 код из регистра 4. Следовательно, выходной сигнал таймера 5 вырабатыается через число тактовых им- пульсов, равное коду наклона,Таким образом, в отличие от известного устройства требующего дляформирования линейного напряжениязаданного наклона с малой величинойступени и большой амплитудой многоразрядного преобразователя код-напряжение, н предлагаемом устройствеэа счет введения узла подстройки(счетчик 12, первый, второй и третийпреобразователи 9, 10 и 11 код-напряжение, компаратор 14) и суммирующегоусилителя 1.3 обеспечивается возможность при задании наклона в цифровойформе получать линейное напряжение сзаданной ступенчатостью и произвольной амплитуды.Это обусловлено тем, что максимальная амплитуда линейного напряжения7 14 подключен к выходу первого преобразователя код-напряжение и первому входу суммирующего усилителя, выход которого соединен с выходной шиной, а второй вход суммирующего усилителя подключен к выходу второго преобразователя код-напряжение, вход которого соединен с выходом второго реверсивного счетчика, а выход счетчика импульсов соединен с входом третьего преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к входу опорного напряжения первого преобразователя код-напряжение, при этом тактовый вход счетчика импульсов связан с шиной импульсов высокой частоты, а второй вход первого триггера подключен к шине Стоп и второму входу второго триггера, выход которого подключен к входу сброса счетчика импульсов, а второй выход первого триггера подключен к управляющим входам счетчика импульсов и компаратора, второй вход которого соединен с шиной напряжения ступени.2. Генератор по п.1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что логический блок содержит инвертор, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, причем первый вход первого эле 03348 8мента И, выход которого является первым выходом логического блока, соединен с входом инвертора и является пер.вым входом логического блока, второй 5вход первого элемента И подключен квыходу первого элемента ИЛИ, первыйвход которого соединен с первым входом второго элемента И и являетсятретьим входом логического блока,второй вход первого элемента ИЛИ является четвертым входом логического блока, а выход инвертора подключен к второму входу второго элемента И, выходкоторого через второй элемент ИЛИ подключен к второму выходу логическогоблока, при этом второй вход второгоэлемента ИЛИ является вторым входомлогического блока,2 О 3 Генератор по и 1О т л ич а ю щ и й с я тем, что таймер содержит счетчик, выход переноса которого является выходом таймера и через элемент ИЛИ подключен к входу па раллельной записи счетчика, второйвход элемента ИЛИ является входомпредустановки таймера, информационные входы счетчика являются информационными входами таймера, а тактовый ЗО вход счетчика является тактовым входом таймера.1403348 оставитель А.Смирноехред А.Кравчук ктор В,Бутяга актор Ю.Сере тираж 928 ПодписиГосударственного комитета СССРелам изобретениИ и открытиИсква, Ж, Раушская наб., д. 4 Заказ 3003 е 1 Е 1 П 1130 оектн изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужго